教育系YouTuberから学ぶGPSの仕組み

今回はGPSの仕組みについて学びます

こんにちは！ためになるYouTubeまとめブログ管理人のゆーくんです。

カーナビなど今や無くてはならない機能「GPS」地球上のどこにいても瞬時に現在地を特定できる魔法のようなこの機能はどのような仕組みにより稼働しているかをご存知でしょうか。今回は人気YouTubeチャンネル「ブライトサイド」の解説でGPSの仕組みを徹底解説致します。

教育系YoutubeチャンネルからGPSの仕組みについて学ぶ

YouTube詳細

【引用/出典】ブライトサイド | Bright Side Japan
【投稿日】2019/07/02
【チャンネル概要】あなたのライフをピカッと明るく！ブライトサイド！私たちはBright Side 公式日本語版です。本家英語版BrightSideはこちら！ https://www.youtube.com/channel/UC4rlAVgAK0SGk-yTfe48Qpw 日本語の他にも、たくさんの言語のチャンネルを作っていますよ。

分かりやすいイラストでためになる情報を提供する人気チャンネル

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【子どもや大切な物の位置情報をスマホで確認/通知】定期的に自動測位した位置情報を記録。アプリをひらけば現在地が表示されるほか、あらかじめ登録したエリアへの到着・出発を検知し、メールでお知らせする自動通知の設定も可能です(半径100m～1km、最大5か所まで設定可能)。寄り道をしていないか、危険なエリアを通っていないか、移動した履歴も地図上で確認できます(最大3日分保存)。
【充実した位置情報確認】安心の大手キャリア・ソフトバンク製。準天頂衛星システム「みちびき(※1)」に対応し、GLONASSや携帯電話基地局、Wi-Fiも利用することでGPSが届かない屋内・地下でも位置情報の測位が可能になり、地下でも位置情報の測位が可能になります。(※1)GPSと同等の精度です。センチメータ/サブメータ級測位補強サービスには対応しておりません。
【みんなで共有できて安心、最大4台のどこかなGPSを登録可能】アプリには最大4台のどこかなGPSを登録可能。兄弟姉妹がいる場合も1台のスマホで同時にみまもることが可能です。また、1つのどこかなGPSは、最大4台のスマートフォンでみまもることが可能なので、両親など複数人でみまもることが可能です。
【親子で安心シンプル操作/業界最高級のIP67防塵・防水設計】どこかなGPS本体中央のボタンを押すことで、親のスマホへ今どこにいるのかをメールで通知することが可能です。親子でルールを決めておけば、「今から帰るよ」「迎えに来てね」といった連絡をボタンひとつで実現。コンパクトながら防水等級は安心のIPX7。雨の日や水回りでも安心してご利用いただけます。さらにBluetooth接続状態ではアプリから音を鳴らすことも可能なので、万が一紛失してしまった場合も見つけやすいです。
【各種キャリア対応/月額不要の料金設定/1年保証】専用アプリは、au、docomo、SoftBankといった大手キャリアは勿論のこと、Y!mobileやUQモバイルなど日本国内で販売されているどの通信キャリアのスマートフォンでもご利用いただけます。(※登録にはSMSに対応した携帯電話回線が必要です。)また、購入料金は本体代金だけでなく2年分の月額通信料も含まれているから追加費用がかからずとてもリーズナブル。同じ2年間使用した場合は類似月額モデル品と比較してお得にご利用いただけます。(※3年目以降は月額費用400円/月・税別がかかります。)また、ご購入日から1年間の保証がつきますので安心してご利用いただけます。

ゆーくん

携帯会社でわざわざ契約を結ぶ必要なし、簡単設定でお子さまや大切なアイテム、ペットの居場所をキャッチ。これは色んな場面で使えそうですね。

GPSの仕組み

GPSの正式名称は「グローバルポジショニングシステム」最初は軍事目的で開発されたシステムです。

人工衛星との通信に寄り場所を測定します。最初に宇宙へ飛び立った人工衛星は1978年、しかし完全に機能するまでには多大なる時間がかかり最終完成は1995年の出来事でした。

最高品質の電波は当時軍地目的のみの利用となり民間には解放されていませんでしたが、2005年、遂に世界中の民間人もこの機能を用いてより生活を快適にすることが出来ました。

それまでは車には大きな地図が積んであり、助手席の方が目的地までの経路をサポートするのが当たり前だったので、今の生活が信じられないですよね。

GPSにまつわるQ＆A

GPSの測定にインターネット通信は必要？

ネット環境が無くてもGPSは即位可能ですが、あれば更に精度が上がります。

どのように測定しているのか？

GPSは【衛星】【地上局】【受信機】の3構成にわかれている。衛星は常に周回しており昔、星の位置で方角を調べていた時のような機能を持つ。地上局と衛星との位置関係により場所を把握する。

いくつくらいの人工衛星を利用しているの？

32個の起動している人工衛星を利用しています。

人工衛星は壊れないの？

こまめなメンテナンスが必要な精密機器です。また耐久年数は10年前後と言われており、次々と交換しなければなりません。

GPS測定の流れ

地上局が人工衛星めがけてレーザーを放ちます
地上局が複数の人王衛星の居場所をレーダーにより捉えます
携帯電話やカーナビがこの地上局のレーダーを追跡します
この追跡により受信機が地上局、人工衛星とどのくらい離れているかを計算します
4つ以上の人工衛星からどれだけ離れているかが分かった時、そのすべての情報をまとめると現在地が特定できる仕組みです

2次元三辺測量と3次元三辺測量

Aから100km離れたところにいる。これだけだとAを中心とした半径のどこにいるか、全く分かりません。ところがBから150km離れたところにいる、と２つめの情報が手に入るとAとBの情報を合わせることに寄り、数ヶ所該当ポイントを絞ることが出来ます。そしてそこにC、Dと更に情報が加わると最終的な移動ポイントが導き出せる。この測定方法が2次元三辺測量です。

この測定は「緯度」「経度」しか考慮していませんが、ここに「高度」を加えることにより、3次元での測定となり更に精密な居場所特定が出来るという事です。

このようにして4つの人工衛星ABCD、それぞれから【緯度・経度・高度】がいくらずつ離れているかを計算し、全ての測定が重なるポイントを現在地と算出しているのです。

人工衛星からのデータをより正確に受信する為に

人工衛星からのデータに寄り居場所が測定できたとしても、遠く離れた衛星と、地上では「時差」が発生します。この問題を解決する為に人工衛星には「原子時計」と呼ばれる何よりも正確に時を刻む時計が搭載されています。スマホにも搭載したいところですが、高価過ぎて付けることが出来ません。よって人工衛星からの電波には位置特定情報のみならず「時差を補正するデータ」も併せて送信されています。凄すぎる。

GPSとは

まとめますとGPSとは人工衛星4つの【緯度・経度・高度】によるデータを全て掛け合わせて導かれた場所を提供するシステム。そして位置データ送信の際に時差によるブレを修正するデータも届けている。それは原子時計と呼ばれるシステムで100億分の1秒単位で補正されておりその精度の高さは凄まじい。更に人工衛星は周回軌道に乗せているため、移動経路もシステムで予測されている。月の引力などでわずかなズレが生じるがそれもシステムにより補正され、織り込み済みである。現代科学の最先端とも呼べる技術が注ぎ込まれたものである。

教育系YouTuberから学ぶGPSの仕組み　まとめ

いかがだったでしょうか。今回は意外と仕組みを知らないであろうGPSについて解説致しました。途中で登場した「原子時計」の仕組みについても学びたくなってきましたね。実はこのデータは金融システムなど性格な時刻データを必要とする各業界にも利用されており、人工衛星はもはや位置測定だけではなく、人類の社会生活そのものを支えるシステムとなっています。

宇宙に足を踏み入れてからまだ100年もたっていません。そして宇宙は地球の何億倍もの広大さを持っております。更なる可能性がある宇宙産業。こちらにも注目していきたいですね！